JP3507291B2 - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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JP3507291B2
JP3507291B2 JP19834397A JP19834397A JP3507291B2 JP 3507291 B2 JP3507291 B2 JP 3507291B2 JP 19834397 A JP19834397 A JP 19834397A JP 19834397 A JP19834397 A JP 19834397A JP 3507291 B2 JP3507291 B2 JP 3507291B2
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B15/14Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/144Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
    • G02B15/1441Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive
    • G02B15/144109Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +--+

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はズ−ムレンズに関
し、特に非球面をレンズ系中の一部に適切に用いること
により、広角端のFナンバ−が1.7程度と大口径でし
かも広角(広角端画角2ω=58゜〜70゜)、変倍比
12〜35程度と高変倍比の全変倍範囲にわたり良好な
る光学性能を有したテレビカメラや写真用カメラ、そし
てビデオカメラ等に好適なズ−ムレンズに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来よりテレビカメラや写真用カメラ、
そしてビデオカメラ等には大口径、高変倍でしかも高い
光学性能を有したズ−ムレンズが要求されている。
【0003】このことに加えて、特に放送用のカラ−テ
レビカメラでは操作性、機動性が重視され、その要求に
答えて撮像デバイスも2/3インチや1/2インチの小
型のCCD(固体撮像素子)が主流となっている。
【0004】このCCDは撮像範囲全体が略均一の解像
力を有しているため、これを用いるズ−ムレンズに対し
ては、画面中心から画面周辺まで解像力が略均一である
ことが要求されている。
【0005】例えば、非点収差や歪曲収差や倍率の色収
差等の緒収差が良好に補正され画面全体が高い光学性能
を有していることが要望されている。更に大口径、広
角、高変倍比でしかも小型軽量であること、そして撮像
手段の前方に色分解光学系や各種のフィルタ−を配置す
るため、長いバックフォ−カスを有していること等が要
望されている。
【0006】ズ−ムレンズのうち物体側から順に、合焦
用(フォ−カス用)の正の屈折力の第1群、変倍用の負
の屈折力の第2群、変倍に伴って変動する像面を補正す
るための正又は負の屈折力の第3群、そして結像用の正
の屈折力の第4群の4つのレンズ群よりなる所謂4群ズ
−ムレンズは比較的高変倍比化及び大口径化が容易であ
るため、放送用のカラ−テレビカメラ用のズ−ムレンズ
に多く用いられている。
【0007】4群ズ−ムレンズのうちFナンバ−が1.
6〜1.9程度、変倍比13程度の大口径比、高変倍の
4群ズ−ムレンズが、例えば特開昭54−127322
号公報で提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ズ−ムレンズにおいて
大口径比(Fナンバ−1.7〜1.8)で高変倍比(変
倍比12〜35)で、広角(広角端画角2ω=58゜〜
70゜)でしかも全変倍範囲にわたり高い光学性能を得
るには各レンズ群の屈折力やレンズ構成を適切に設定す
る必要がある。
【0009】一般に全変倍範囲にわたり収差変動が少な
く、高い光学性能得るには、例えば各レンズ群のレンズ
枚数を増加させて収差補正上の設計の自由度を増やすこ
とが必要となってくる。
【0010】このため、大口径比で広角、高変倍比のズ
−ムレンズを達成しようとすると、どうしてもレンズ枚
数が増加し、レンズ系全体が大型化してくるという問題
点が生じてきて、小型軽量化の要望に答えることができ
なくなってしまう。
【0011】また、結像性能に関しては第1に、画面中
心の最も像コントラストが良い点、所謂ベスト像面の変
倍に伴う変動が問題となってくる。これは主に変倍に伴
う球面収差の変動に起因している。この球面収差は3次
の収差係数の領域において口径の3乗で影響するため、
大口径化の最大の問題点となっている。
【0012】一般に、変倍に伴う球面収差の変動はズ−
ム比をZ、広角端の焦点距離をfwとすると、図33に
示すように球面収差が0の広角端よりズ−ム位置fm=
fw×Z1/4付近まではガウス像面に対してアンダ−
(マイナス)傾向となる。そしてズ−ム位置fm=fw
×Z1/4付近を過ぎるとアンダ−量が少なくなり、ある
ズ−ム位置で0となり、今度はオ−バ−(プラス)傾向
となる。
【0013】但し、fwは広角端の焦点距離、Zはズ−
ム比である。
【0014】そしてFナンバ−が大きくなってくる(レ
ンズ系が暗くなってくる)Fドロップの始まるズ−ム位
置fd=(Fno.w/Fno.t)×ft付近で最も
オ−バ−(プラス)となり、このズ−ム位置を過ぎると
望遠端にかけてオ−バ−量が少なくなり、望遠端では略
0となってくる。
【0015】但し、Fno.w、Fno.tは広角端と
望遠端のFナンバ−、ftは望遠端の焦点距離である。
【0016】このように特にFドロップの始まる位置を
有するズ−ムレンズでは望遠側での球面収差の制御が非
常に困難となる。
【0017】次に、ズ−ムレンズの広角化に関しては結
像性能のうち歪曲収差が最大の問題点となる。これは歪
曲収差が3次の収差係数の領域において画角の3乗で影
響することが原因となっている。
【0018】図34に示すように歪曲収差は広角端(焦
点距離fw)ではかなり大きなアンダ−(マイナス)と
なっている。そして、広角端fwから望端(焦点距離f
t)に行くに従い順次オ−バ−(プラス)の方向に大き
くなり、歪曲収差が0のズ−ム位置を通り、ズ−ム位置
fm=fw×Z1/4付近でオ−バ−の値が最大になって
くる。そして、焦点距離fmから望遠端ftにかけて順
次オ−バ−の量が小さくなってくる。この傾向は広角端
の画角が大きくなるに連れ大きくなるため、ズ−ムレン
ズの広角化を図る際には広角側での歪曲収差の制御が非
常に困難となる。
【0019】このような諸収差の変動を全変倍範囲にわ
たり良好に補正するために、従来は合焦用レンズ群や変
倍系のレンズ枚数を増加させて補正していた。このため
レンズ系全体が大型化及び複雑化してくるという問題点
があった。
【0020】また、このような問題点の解決のための非
球面の導入が、例えば特開平7−35978号公報で提
案されている。
【0021】しかしながら、ズ−ムレンズの仕様が向上
し、大口径比で、しかも超広角から始まる高変倍比のズ
−ムレンズにおいては非球面の導入方法の見直しが必要
となってきている。
【0022】大口径比で、しかも超広角から始まる高変
倍比のズ−ムレンズにおいては球面収差は望遠側で大き
く変動し、歪曲収差は広角側で大きく変動する。この両
方の収差を良好に補正するためには、変倍部中の適切な
レンズ面に非球面を導入する必要がある。
【0023】本発明は所謂4群ズ−ムレンズにおいて、
各レンズ群の屈折力やFナンバ−値等を適切に設定する
と共に少なくとも1つのレンズ面に非球面を施すことに
より、変倍に伴う緒収差の変動を少なくし、特に望遠側
における球面収差と広角側の歪曲収差を良く補正し、全
変倍範囲にわたり高い光学性能を有した広角端のFナン
バ−1.7程度、広角(広角端画角2ω=58゜〜70
゜程度)で、変倍比12〜35程度の大口径比で高変倍
比のズ−ムレンズの提供を目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】本発明のズ−ムレンズ
は、物体側より順に、変倍の際に固定の正の屈折力の第
1群、変倍用の負の屈折力の第2群、変倍に伴う像面変
動を補正する為の第3群、そして固定の正の屈折力の第
4群を有し、前記第1群において、前記第1群は物体側
より順に、少なくとも1つの負レンズと少なくとも3つ
の正レンズより構成され、ズーム比をZ、軸上光束の最
大入射高をht、広角端での最大画角の軸外光束におけ
る最大入射高をhw、変倍比Z1/4におけるズ−ム位
置での最大画角の軸外光束の最大入射高をhzとしたと
き、0.95>hw/ht、且つ0.90>hw/hz
を満足する位置の少なくとも1つのレンズ面に非球面A
S1が施されており、前記非球面AS1は正の屈折面に
施した場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈折力が
弱くなる形状を成し、負の屈折面に施した場合にはレン
ズ周辺部に行くに従い負の屈折力が強くなる形状を成
し、該非球面AS1にレンズ有効径の10割、9割、7
割における非球面量を各々Δ10、Δ9、Δ7、前記第
1群の焦点距離をf1としたとき、 3.7×10−4<|△10/f1|<4.6×10
−3 2.2×10−4<|△9/f1|<3.0×10−3
・・ 6.7×10−5<|△7/f1|<1.1×10−3 なる条件を満足するズ−ムレンズにある。
【0025】また、全系の望遠端における焦点距離とF
ナンバ−を各々ft、Fno.t、前記第1群の焦点距
離をf1、Fナンバ−をFno.1 = f1/(ft/
Fno.t)とし、前記第2群の広角端における横倍率
をβ2w、ズ−ム比をZとし、 10 < Z 0.8 < Fno.1 < 1.6 ・・ −0.45 < β2w < −0.15 ・・ なる条件式を満足することにある。
【0026】また、前記第1群は物体側より順に、少な
くとも1つの負レンズと少なくとも3つの正レンズより
構成され、該負レンズのアッベ数をν1n、該3つの正
レンズのアッベ数の平均値をν1pとしたとき、 |ν1n − ν1p| > 42.5 ・・ なる条件を満足することにある。
【0027】更に、前記第2群に少なくとも1面の非球面
AS2が施されており、非球面AS2は正の屈折面に施
した場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈折力が強
くなる形状を成し、負の屈折面に施した場合には負の屈
折力が弱くなる形状を成すことにある。
【0028】
【発明の実施の形態】図1〜図4は本発明の数値実施例
1〜4の広角端におけるレンズ断面図である。
【0029】図1〜図4において、Fは第1群としての
正の屈折力のフォ−カス群(前玉レンズ群)である。
【0030】Vは第2群としての変倍用の負の屈折力の
バリエ−タであり、光軸上を像面側へ単調に移動させる
ことにより、広角端(ワイド)から望遠端(テレ)への
変倍を行っている。Cは負の屈折力のコンペンセ−タで
あり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物
体側へ凸の軌跡を有してを非直線的に移動している。バ
リエ−タVとコンペンセ−タCとで変倍系を構成してい
る。
【0031】SPは絞り、Rは第4群としての正の屈折
力の固定のリレ−群である。Pは色分解プリズムや光学
フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示
している。
【0032】そして、図1〜図4に示すズ−ムレンズで
は、上述の諸条件を満足させることにより全変倍範囲に
わたり収差変動を良好に補正し、高い光学性能を得てい
る。
【0033】次に本発明におけるズ−ムレンズの非球面
の特徴について説明する。
【0034】広角端画角2ω=58゜〜70゜から始ま
りズ−ム比が12〜35倍程度のズ−ムレンズにおいて
は、前玉レンズ群及びバリエ−タへの軸上光線の入射高
は図25〜図28に示すように広角端から望遠端にかけ
て順次高くなり、Fドロップのあるズ−ムレンズではF
ドロップ開始位置(ズ−ム位置fd、図27)で各々最
も高くなる。そして望遠端ではFドロップのために前玉
レンズ群では一定となり、バリエ−タでは低くなる。
【0035】これに対して、軸外光線の入射高は広角端
においてはバリエ−タの有効径いっぱいを通過している
が、ズ−ム位置fm=fw×Z1/4では前玉レンズ群内
の入射高は急激に高くなり、逆にバリエ−タ内の入射高
は急激に低くなる。この傾向は広角化、高倍率化、小型
軽量化を目指すと顕著になる。
【0036】前玉レンズ群内に非球面を施し収差変動の
抑制をするとき、1面の非球面では広角側で変動の大き
い歪曲収差と望遠側で変動の大きい球面収差の両者を効
率よく補正しようとすると非常に困難となる。それは歪
曲収差と球面収差とでは収差としての性質上の問題から
各々を補正するための非球面形状とその非球面量が大き
く異なるため、どちらかの収差に着目して非球面を施す
ときに他方の収差に高次の収差等の悪影響を及ぼしてし
まうからである。
【0037】そこで、本実施例においては、軸上光線入
射高の3乗で影響する球面収差を補正するために全変倍
範囲中軸上光線が最も高くなる前玉レンズ群を構成する
レンズ面のうち、軸上光束の最大入射高をht、広角端
での最大画角の軸外光束の最大入射高をhw、変倍比Z
1/4におけるズ−ム位置での最大画角の軸外光束の最大
入射高をhzとしたとき、0.95>hw/ht、且つ
0.90>hw/hzを満足する少なくとも1つのレン
ズ面に非球面AS1を施したことを最大の特徴としてい
る。
【0038】この非球面は、望遠側での球面収差の変動
を補正するための非球面を前玉レンズ群F中の正の屈折
面に施した場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈折
力が弱くなる形状を成し、負の屈折面に施した場合には
レンズ周辺部に行くに従い負の屈折力が強くなる形状を
成すことにより、望遠端近傍での球面収差がアンダ−
(マイナス)となること補正することで望遠側の球面収
差の変動を良好に抑制している。
【0039】この非球面形状の付加的効果として、ズ−
ム位置fm=fw×Z1/4での前玉レンズ群内の軸外入
射高が急激に高くなることによって軸外光線が前玉レン
ズ群の正の屈折力により強く跳ね上げられることに起因
する歪曲収差のオ−バ−(プラス)を抑制することが可
能にもなる。
【0040】また、この非球面形状は逆に言えば広角端
の歪曲収差に関しては逆効果であり、広角端での強い負
の屈折力に起因するアンダ−(マイナス)の歪曲収差を
正の屈折力により強く跳ね上げることで歪曲収差を抑制
することが困難となってしまう。
【0041】つまり、非球面AS1を前玉レンズ群のう
ち0.95>hw/ht、且つ0.9>hw/hzを満
足するレンズ面に導入することは、全変倍範囲中での最
大軸上光線入射高が広角端の最大画角の軸外光束入射高
よりも高く、且つ広角端とズ−ム位置fm=fw×Z
1/4での最大画角の軸外光線入射高の変化が大きいこと
であり、望遠端でのアンダ−の球面収差とズ−ム位置f
m=fw×Z1/4 でのオ−バ−の歪曲収差を良好に補正
しつつ、広角端でのアンダ−の歪曲収差に悪影響を与え
ず、この非球面形状の効果としては非常に有効となるわ
けである。
【0042】さらに、本実施例では前玉群の非球面形状
を広角化による望遠側の球面収差を良好に補正するため
に、前述の条件式を満足するように非球面の中心部は
ほぼ球面で、周辺ほど非球面が大きくなる形状としてい
る。
【0043】尚、上記の条件式はズ−ムレンズに変倍
系において、ズ−ム全域のうち広角端近傍のごく一部の
ズ−ム範囲のみ非球面の歪曲収差増加作用を抑制し、他
のズ−ム領域においては球面収差や歪曲収差等への収差
補正効果を最大限に引き出すためのものである。
【0044】このように、本実施例では非球面を施すレ
ンズ面を適切に設定して広角側での歪曲収差と望遠側で
の球面収差の変動を良好に補正し、全変倍範囲で高い光
学性能を得ている。
【0045】さらに、本発明は10倍以上のズ−ム比Z
(10 < Z)を有し、さらにズ−ム全域にて大口径化
されたズ−ムレンズを実現するために、まず前玉レンズ
群Fに条件式を満足するような明るいものを用いてい
る。これにより望遠端での球面収差を良好に補正しつ
つ、レンズ系全体の大口径化及び小型化を同時に図って
いる。
【0046】条件式の下限値を超えると、望遠側での
前玉レンズ群Fの収差分担が急激に増加するため、球面
収差の変動を良好に補正することが難しくなり、また上
限値を超えると大口径化及び小型化が難しくなってく
る。
【0047】次にバリエ−タVの横倍率が条件式を満
足するようにしている。これにより所定の変倍比を確保
しつつ全変倍範囲にわたり収差変動が少なく良好なる光
学性能を得ている。
【0048】条件式の下限値を超えると、高倍率化が
難しくなり、また上限値を超えると変倍系における収差
補正分担が急激に増加するため全変倍範囲にわたり収差
変動を少なくし、高い光学性能を得るのが難しくなって
くる。
【0049】さらに、本実施例においては前玉群は、物
体側より順に、少なくとも1つの負レンズと3つの正レ
ンズより構成し、負レンズにより球面収差を発散させ且
つ前玉群全体での主点を物体側に押し出すことでズ−ム
レンズの高性能化と小型化を達成することに加え、負レ
ンズのアッベ数をν1n、該3つの正レンズのアッベ数
の平均値をν1pとしたとき、条件式を満足すること
で高倍率化による主に望遠側の色消しを充分なものとし
ている。
【0050】例えば、前玉レンズ群内の色消しを良好に
補正するために、前玉レンズ群の凸レンズにはアッベ数
が90を超える光学材料を一部用いたとしても、前玉レ
ンズ群全体の色消しはなかなか向上しない。その他の凸
レンズや凹レンズにも色消しを分担する必要があるから
である。このため、本実施例では前玉レンズ群を構成す
る凸レンズのアッベ数の平均を用いて前玉レンズ群全体
での色消し条件を条件式のように設定している。
【0051】次に本発明の各実施例(数値実施例)の特
徴について説明する。
【0052】図1に示す実施例1は20倍のズ−ム比を
有し、広角端画角2ωは69°を超えている。R1から
R8はフォ−カスのための正の屈折力を有する前玉レン
ズ群Fである。R9からR17は変倍のためにワイド
(広角端)からテレ(望遠端)へ像面側へ単調に移動す
るバリエ−タVである。R18からR20は変倍に伴う
像点補正の作用を有するコンペンセ−タCであり負のパ
ワ−(屈折力)を有し、ワイドからテレへの変倍に際
し、物体側へ凸状の弧を描くように移動する。SP(2
1)は絞りである。R22からR38は結像作用を有す
るリレ−群Rであり、R39からR41は色分解プリズ
ムと等価なガラスブロックである。
【0053】この実施例1では、大口径の指標として前
玉レンズ群にFナンバ−Fno.1をFno.1=f1
/(ft/Fno.t)と定義したとき、Fno.1=
1.09という大口径である。これらの大口径に対し前
玉レンズ群では物体側から順に、凹、凸、凸、凸の4枚
のレンズ構成とし、凹レンズにより球面収差を発散さ
せ、前玉レンズ群内での球面収差の発生を抑制してい
る。さらに前玉レンズ群内の色消しを良好に補正するた
めに、前玉レンズ群の凸レンズにはアッベ数が90を超
える光学材料を一部用いている。しかしながら、アッベ
数が90を超える光学材料を凸レンズの一部に用いただ
けでは前玉レンズ群全体の色消しが向上しない。このた
め、本実施例では前玉レンズ群を構成する凹レンズのア
ッベ数を25程度、凸レンズのアッベ数の平均を74程
度として前玉レンズ群全体での色消しを良好なものとし
ている。このとき、前述の条件式は|ν1n− ν1p
|=48.5 である。
【0054】バリエ−タVのワイド端での横倍率β2w
については、ズ−ム比が20倍であるため、横倍率の絶対
値がβ2w=−0.255としている。バリエ−タVで
は物体側から順に、像面側に強い凹面を向けた形状の凹
レンズ、比較的アッベ数の小さい凸レンズ、凹レンズ、
比較的屈折率の小さい凸レンズ、凹レンズより構成し、
歪曲収差、球面収差、コマ収差のバリエ−タ内での発生
を抑制すると共に色収差の変動も効果的に補正してい
る。
【0055】前玉レンズ群における非球面はR5面に施
しており、前玉レンズ群内での望遠端でのアンダ−の球
面収差とズ−ム位置fm=fw×Z1/4でのオ−バ−の
歪曲収差を同時に且つ効率良く補正している。このと
き、全変倍範囲中での最大軸上光線入射高が広角端の最
大画角の軸外光束入射高よりも高く、且つ広角端とズ−
ム位置fm=fw×Z1/4での最大画角の軸外光線入射
高の変化が大きいことを有効に利用しており、hw/h
t=0.781、hw/hz=0.745である。非球
面の方向は光軸からの離れ量が大きくなるに連れ正のパ
ワ−が弱くなる方向であり、高次の領域まで効率良く球
面収差と歪曲収差を補正するために、非球面係数B、
C、D、Eまで使用している。このときの非球面量はR
5の入射光線最大高にて302.4μmである。
【0056】また、バリエ−タ内のR9面に非球面を施
しており、特に広角端近傍においてのみ軸外光線が通過
することを利用して広角端近傍のアンダ−の歪曲収差を
補正している。非球面の方向は光軸からの離れ量が大き
くなるに連れ正のパワ−が強くなる方向であり、高次の
領域まで効率良く歪曲収差を補正するために、非球面係
数B、C、D、Eまで使用している。このときの非球面
量はR9の入射光線最大高にて168.4μmである.
図5〜図9に、各ズ−ム位置における球面収差、非点収
差、歪曲収差を示す。
【0057】図2に示す実施例2は15倍のズ−ム比を
有し、広角端画角2ωは65°を超えている。R1から
R10はフォ−カスのための正の屈折力を有する前玉レ
ンズ群Fである。R11からR18は変倍のためにワイ
ド(広角端)からテレ(望遠端)へ像面側へ単調に移動
するバリエ−タVである。R19からR21は変倍に伴
う像点補正の作用を有するコンペンセ−タCであり負の
パワ−(屈折力)を有し、ワイドからテレへの変倍に際
し、物体側へ凸状の弧を描くように移動する。SP(2
2)は絞りである。R23からR39は結像作用を有す
るリレ−群Rであり、R40からR42は色分解プリズ
ムと等価なガラスブロックである。
【0058】この実施例2では、大口径の指標として前
玉レンズ群にFナンバ−Fno.1をFno.1=f1
/(ft/Fno.t)と定義したとき、Fno.1=
1.10という大口径である。これらの大口径に対し前
玉レンズ群では物体側から順に、凹、凸、凸、凸、凸の
5枚のレンズ構成とし、凹レンズにより球面収差を発散
させ、前玉レンズ群内での球面収差の発生を抑制してい
る。さらに前玉レンズ群内の色消しを良好に補正するた
めに、前玉レンズ群の凸レンズにはアッベ数が80〜9
0を超える光学材料を一部用いている。しかしながら、
アッベ数が80〜90を超える光学材料を凸レンズの一
部に用いただけでは前玉レンズ群全体の色消しが向上し
ない。このため、本実施例では前玉レンズ群を構成する
凹レンズのアッベ数を25程度、凸レンズのアッベ数の
平均を74程度として前玉レンズ群全体での色消しを良
好なものとしている。このとき、前述の条件式は|ν1
n−ν1p|=48.9である。
【0059】バリエ−タVのワイド端での横倍率β2w
については、ズ−ム比が15倍であるため、横倍率の絶
対値がβ2w=−0.291としている。バリエ−タV
では物体側から順に、像面側に強い凹面を向けた形状の
凹レンズ、凹レンズ、凸レンズ、凹レンズより構成し、
歪曲収差、球面収差、コマ収差のバリエ−タ内での発生
を抑制すると共に色収差の変動も効果的に補正してい
る。
【0060】前玉レンズ群における非球面はR5面に施
しており、前玉レンズ群内での望遠端でのアンダ−の球
面収差とズ−ム位置fm=fw×Z1/4でのオ−バ−の
歪曲収差を同時に且つ効率良く補正している。このと
き、全変倍範囲中での最大軸上光線入射高が広角端の最
大画角の軸外光束入射高よりも高く、且つ広角端とズ−
ム位置fm=fw×Z1/4での最大画角の軸外光線入射
高の変化が大きいことを有効に利用しており、hw/h
t=0.901、hw/hz=0.853である。
【0061】非球面の方向は光軸からの離れ量が大きく
なるに連れ正のパワ−が弱くなる方向であり、高次の領
域まで効率良く球面収差と歪曲収差を補正するために、
非球面係数B、C、D、Eまで使用している。このとき
の非球面量はR5の入射光線最大高にて29.7μmで
ある。
【0062】また、バリエ−タ内のR18面に非球面を
施しており、特に広角端近傍においてのみ軸外光線が通
過することを利用して広角端近傍のアンダ−の歪曲収差
を補正するとともに、バリエ−タ内の球面収差の発散作
用を抑制している。非球面の方向は光軸からの離れ量が
大きくなるに連れ正のパワ−が強くなる方向であり、高
次の領域まで効率良く歪曲収差と球面収差を補正するた
めに、非球面係数B、C、D、Eまで使用している。こ
のときの非球面量はR18の入射光線最大高にて10
2.3μmである.図10〜図14に、各ズ−ム位置に
おける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【0063】図3に示す実施例3は12倍のズ−ム比を
有し、広角端画角2ωは62°を超えている。R1から
R10はフォ−カスのための正の屈折力を有する前玉レ
ンズ群Fである。R11からR19は変倍のためにワイ
ド(広角端)からテレ(望遠端)へ像面側へ単調に移動
するバリエ−タVである。R20からR22は変倍に伴
う像点補正の作用を有するコンペンセ−タCであり負の
パワ−(屈折力)を有し、ワイドからテレへの変倍に際
し、物体側へ凸状の弧を描くように移動する。SP(2
3)は絞りである。R24からR40は結像作用を有す
るリレ−群Rであり、R41からR43は色分解プリズ
ムと等価なガラスブロックである。
【0064】この実施例3では、大口径の指標として前
玉レンズ群にFナンバ−Fno.1をFno.1=f1
/(ft/Fno.t)と定義したとき、Fno.1=
0.866という大口径である。これらの大口径に対し
前玉レンズ群では物体側から順に、凹、凸、凸、凸、凸
の5枚のレンズ構成とし、凹レンズにより球面収差を発
散させ、前玉レンズ群内での球面収差の発生を抑制して
いる。さらに前玉レンズ群内の色消しを良好に補正する
ために、前玉レンズ群の凸レンズにはアッベ数が80を
超える光学材料を一部用いている。しかしながら、アッ
ベ数が80を超える光学材料を凸レンズの一部に用いた
だけでは前玉レンズ群全体の色消しが向上しない。この
ため、本実施例では前玉レンズ群を構成する凹レンズの
アッベ数を25程度、凸レンズのアッベ数の平均を71
程度として前玉レンズ群全体での色消しを良好なものと
している。このとき、前述の条件式は|ν1n−ν1p
|=45.5 である。
【0065】バリエ−タVのワイド端での横倍率β2w
については、ズ−ム比が12倍であるため、横倍率の絶
対値がβ2w=−0.429と比較的大きいものとして
いる。バリエ−タVでは物体側から順に、像面側に強い
凹面を向けた形状の凹レンズ、比較的アッベ数の小さい
凸レンズ、凹レンズ、比較的屈折率の小さい凸レンズ、
凹レンズより構成し、歪曲収差、球面収差、コマ収差の
バリエ−タ内での発生を抑制すると共に色収差の変動も
効果的に補正している。
【0066】前玉レンズ群における非球面はR9面に施
しており、前玉レンズ群内での望遠端でのアンダ−の球
面収差とズ−ム位置fm=fw×Z1/4でのオ−バ−の
歪曲収差を同時に且つ効率良く補正している。このと
き、全変倍範囲中での最大軸上光線入射高が広角端の最
大画角の軸外光束入射高よりも高く、且つ広角端とズ−
ム位置fm=fw×Z1/4での最大画角の軸外光線入射
高の変化が大きいことを有効に利用しており、hw/h
t=0.669、hw/hz=0.786である。
【0067】非球面の方向は光軸からの離れ量が大きく
なるに連れ正のパワ−が弱くなる方向であり、高次の領
域まで効率良く球面収差と歪曲収差を補正するために、
非球面係数B、C、D、Eまで使用している。このとき
の非球面量はR9の入射光線最大高にて241.4μm
である。
【0068】また、バリエ−タ内のR11面に非球面を
施しており、特に広角端近傍においてのみ軸外光線が通
過することを利用して広角端近傍のアンダ−の歪曲収差
を補正している。非球面の方向は光軸からの離れ量が大
きくなるに連れ正のパワ−が強くなる方向であり、高次
の領域まで効率良く歪曲収差を補正するために、非球面
係数B、C、D、Eまで使用している。このときの非球
面量はR11の入射光線最大高にて651.2μmであ
る 図15〜図19に、各ズ−ム位置における球面収差、非
点収差、歪曲収差を示す。
【0069】図4に示す実施例4は35倍のズ−ム比を
有し、広角端画角2ωは57°を超えている。R1から
R8はフォ−カスのための正の屈折力を有する前玉レン
ズ群Fである。R9からR16は変倍のためにワイド
(広角端)からテレ(望遠端)へ像面側へ単調に移動す
るバリエ−タVである。R17からR19は変倍に伴う
像点補正の作用を有するコンペンセ−タCであり負のパ
ワ−(屈折力)を有し、ワイドからテレへの変倍に際
し、物体側へ凸状の弧を描くように移動する。SP(2
0)は絞りである。R21からR37は結像作用を有す
るリレ−群Rであり、R38からR40は色分解プリズ
ムと等価なガラスブロックである。
【0070】この実施例4では、大口径の指標として前
玉レンズ群にFナンバ−Fno.1をFno.1=f1
/(ft/Fno.t)と定義したとき、Fno.1=
1.52という大口径である。これらの大口径に対し前
玉レンズ群では物体側から順に、凹、凸、凸、凸の4枚
のレンズ構成とし、凹レンズにより球面収差を発散さ
せ、前玉レンズ群内での球面収差の発生を抑制してい
る。さらに前玉レンズ群内の色消しを良好に補正するた
めに、前玉レンズ群の凸レンズにはアッベ数が90を超
える光学材料を一部用いている。しかしながら、アッベ
数が90を超える光学材料を凸レンズの一部に用いただ
けでは前玉レンズ群全体の色消しが向上しない。このた
め、本実施例では前玉レンズ群を構成する凹レンズはア
ッベ数は37程度であるが、凸レンズのアッベ数の平均
は82程度として前玉レンズ群全体での色消しを良好な
ものとしている。このとき、前述の条件式は|ν1n−
ν1p|=45.0である。
【0071】バリエ−タVのワイド端での横倍率β2w
については、ズ−ム比が35倍であるため、横倍率の絶
対値がβ2w=−0.182と比較的小さいものとして
いる。バリエ−タVでは物体側から順に、像面側に強い
凹面を向けた形状の凹レンズ、比較的アッベ数の小さい
凸レンズ、凹レンズ、比較的屈折率の小さい凸レンズ、
凹レンズより構成し、歪曲収差、球面収差、コマ収差の
バリエ−タ内での発生を抑制すると共に色収差の変動も
効果的に補正している。
【0072】本数値実施例4においては図29〜図32に示
すように、その適切なパワ−配置により、全変倍範囲中
で前玉レンズ群を構成する全てのレンズ面は前述の非球
面導入条件0.95>hw/ht、且つ0.90>hw
/hを満足する。このため、前玉レンズ群における非球
面はR1面とR7面に施しており、前玉レンズ群内での
望遠端でのアンダ−の球面収差とズ−ム位置fm=fw
×Z1/4でのオ−バ−の歪曲収差を同時に且つ効率良く
補正している。このとき、全変倍範囲中での最大軸上光
線入射高が広角端の最大画角の軸外光束入射高よりも高
く、且つ広角端とズ−ム位置fm=fw×Z1/4での最
大画角の軸外光線入射高の変化が大きいことを有効に利
用しており、hw/ht=0.506、hw/hz=
0.547である。
【0073】非球面の方向はR1面の非球面に関しては
光軸からの離れ量が大きくなるに連れ負のパワ−が強く
なる方向であり、R7面の非球面に関しては光軸からの
離れ量が大きくなるに連れ正のパワ−が弱くなる方向で
あり、双方の非球面は共に高次の領域まで効率良く球面
収差と歪曲収差を補正するために、非球面係数B、C、
D、Eまで使用している。このときの非球面量はR1、
R7のそれぞれの入射光線最大高にて54.5μm、2
39.9μmである。
【0074】図20〜図24に、各ズ−ム位置における
球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【0075】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてRiは物体側より順に第i番目のレンズ面の
曲率半径、Diは物体側より第i番目のレンズ厚及び空
気間隔、Niとνiは各々物体側より順に第i番目のレ
ンズの材質の屈折率とアッベ数である。
【0076】非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直
方向にH軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半
径、k、B,C,D,Eを各々非球面係数としたとき、
【0077】
【外1】 なる式で表している。
【0078】
【外2】
【0079】
【表1】
【0080】
【外3】
【0081】
【外4】
【0082】
【表2】
【0083】
【外5】
【0084】
【外6】
【0085】
【表3】
【0086】
【外7】
【0087】
【数式1】
【0088】
【表4】
【0089】
【外9】
【0090】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、所謂4群
ズームレンズにおいて変倍レンズ群の広角端での横倍率
や前玉レンズ群のFナンバー、バリエータのレンズ配置
等を適切に設定すると共に前玉群内の軸上光束の最大入
射高をht、広角端の最大画角の軸外光束における最大
入射高をhw、変倍比Z1/4におけるズ−ム位置での最
大画角の軸外光束の最大入射高をhzとしたとき、0.
95>hw/ht、且つ0.90>hw/hzを満足す
る少なくとも1つのレンズ面に少なくとも1面の非球面
を施すことにより望遠端近傍の球面収差を少なくし、さ
らに広角側の歪曲収差の変動をバリエータ内に非球面を
施すことにより補正し、さらに変倍に伴う被点収差、コ
マ収差、色収差の変動をバランス良く補正し、全変倍範
囲にわたり高い光学性能を有した広角端のFナンバー
1.7程度、広角端画角2ω=57°〜70°程度、変
倍比12〜35程度の大口径で広角、高変倍比のズーム
レンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の数値実施例1の広角端のレンズ断面図
【図2】本発明の数値実施例2の広角端のレンズ断面図
【図3】本発明の数値実施例3の広角端のレンズ断面図
【図4】本発明の数値実施例4の広角端のレンズ断面図
【図5】本発明の実施例1の焦点距離f=8.0の収差
【図6】本発明の実施例1の焦点距離f=16.9の収
差図
【図7】本発明の実施例1の焦点距離f=48.0の収
差図
【図8】本発明の実施例1の焦点距離f=115.2の
収差図
【図9】本発明の実施例1の焦点距離f=160.0の
収差図
【図10】本発明の実施例2の焦点距離f=8.5の収
差図
【図11】本発明の実施例2の焦点距離f=17.0の
収差図
【図12】本発明の実施例2の焦点距離f=51.0の
収差図
【図13】本発明の実施例2の焦点距離f=108.4
の収差図
【図14】本発明の実施例2の焦点距離f=127.5
の収差図
【図15】本発明の実施例3の焦点距離f=9.0の収
差図
【図16】本発明の実施例3の焦点距離f=16.8の
収差図
【図17】本発明の実施例3の焦点距離f=36.0の
収差図
【図18】本発明の実施例3の焦点距離f=72.0の
収差図
【図19】本発明の実施例3の焦点距離f=108.0
の収差図
【図20】本発明の実施例4の焦点距離f=10.0の
収差図
【図21】本発明の実施例4の焦点距離f=24.3の
収差図
【図22】本発明の実施例4の焦点距離f=60.0の
収差図
【図23】本発明の実施例4の焦点距離f=184.0
の収差図
【図24】本発明の実施例4の焦点距離f=350.0
の収差図
【図25】図1の一部の光路図
【図26】図1の一部の光路図
【図27】図1の一部の光路図
【図28】図1の一部の光路図
【図29】図4の一部の光路図
【図30】図4の一部の光路図
【図31】図4の一部の光路図
【図32】図4の一部の光路図
【図33】ズ−ムレンズの変倍に伴う収差変動の説明図
【図34】ズ−ムレンズの変倍に伴う収差変動の説明図
【符号の説明】
F 前玉レンズ群(フォ−カス群) V 第2群(バリエ−タ) C 第3群(コンパンセ−タ) R 第4群(リレ−群) P ガラスブロック SP 絞り e e線 S サジタル像面 M メリディオナル像面
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−327901(JP,A) 特開 平8−184759(JP,A) 特開 平8−136808(JP,A) 特開 平8−68948(JP,A) 特開 平8−5918(JP,A) 特開 平7−35978(JP,A) 特開 平7−35977(JP,A) 特開 平6−300971(JP,A) 特開 平6−242378(JP,A) 特開 平6−102454(JP,A) 特開 平6−102453(JP,A) 特開 平5−93863(JP,A) 特開 平4−223418(JP,A) 特開 平3−241306(JP,A) 特開 平3−153206(JP,A) 特開 平3−87803(JP,A) 特開 平2−267511(JP,A) 特開 平2−106711(JP,A) 特開 平1−292306(JP,A) 特開 平1−134413(JP,A) 特開 平1−113715(JP,A) 特開 昭64−91110(JP,A) 特開 昭62−86320(JP,A) 特開 昭63−27809(JP,A) 特開 昭63−183413(JP,A) 特開 昭63−179310(JP,A) 特開 昭62−69221(JP,A) 特開 昭62−69220(JP,A) 実開 昭61−148026(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 15/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側より順に、変倍の際に固定の正の
    屈折力の第1群、変倍用の負の屈折力の第2群、変倍に
    伴う像面変動を補正する為の第3群、そして固定の正の
    屈折力の第4群を有し、前記第1群において、前記第1群は物体側より順に、少なくとも1つの負レン
    ズと少なくとも3つの正レンズより構成され、 ズーム比をZ、軸上光束の最大入射高をht、広角端で
    の最大画角の軸外光束における最大入射高をhw、変倍
    比Z1/4におけるズ−ム位置での最大画角の軸外光束
    の最大入射高をhzとしたとき、 0.95>hw/ht、且つ0.90>hw/hzを満
    足する位置の少なくとも1つのレンズ面に非球面AS1
    が施されており、前記非球面AS1は正の屈折面に施し
    た場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈折力が弱く
    なる形状を成し、負の屈折面に施した場合にはレンズ周
    辺部に行くに従い負の屈折力が強くなる形状を成し、該
    非球面AS1にレンズ有効径の10割、9割、7割にお
    ける非球面量を各々Δ10、Δ9、Δ7、前記第1群の
    焦点距離をf1としたとき、 3.7×10−4<|Δ10/f1|<4.6×10
    −3 2.2×10−4<|Δ9/f1|<3.0×10−3 6.7×10−5<|Δ7/f1|<1.1×10−3 なる条件を満足することを特徴とするズ−ムレンズ。
  2. 【請求項2】 全系の望遠端における焦点距離とFナン
    バ−を各々ft、Fno.t、前記第1群の焦点距離を
    f1、Fナンバ−をFno.1=f1/(ft/Fn
    o.t)とし、前記第2群の広角端における横倍率をβ
    2w、ズ−ム比をZとし、 10<Z 0.8 <Fno.1<1.6 −0.45<β2w<−0.15 なる条件式を満足することを特徴とする請求項1のズー
    ムレンズ。
  3. 【請求項3】 前記第1群は物体側より順に、少なくと
    も1つの負レンズと少なくとも3つの正レンズより構成
    され、該負レンズのアッベ数をν1n、該3つの正レン
    ズのアッベ数の平均値をν1pとしたとき、 |ν1n−ν1p|>42.5 なる条件を満足することを特徴とする請求項1と2記載
    のズ−ムレンズ。
  4. 【請求項4】 前記第2群に少なくとも1面の非球面A
    S2が施されており、非球面AS2は正の屈折面に施し
    た場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈折力が強く
    なる形状を成し、負の屈折面に施した場合には負の屈折
    力が弱くなる形状を成すことを特徴とする請求項1〜3
    記載のズ−ムレンズ。
  5. 【請求項5】 請求項1〜5のいずれか一項記載のズー
    ムレンズを有するテレビカメラ。
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